微波技術全套課件電子教案板

微波技術第一章緒論1-1微波及其特點

一、微波的概念及波段劃分

二、微波的特點1-2微波技術的發(fā)展和應用

一、微波技術的發(fā)展

二、微波技術的應用1-3

微波技術的研究方法和基本內(nèi)容《微波技術》2-1引言

一、傳輸線的種類

二、分布參數(shù)及分布參數(shù)電路2-2傳輸線方程及其解

一、傳輸線方程

二、傳輸線方程的解

三、入射波和反射波2-3傳輸線的特性參量

第二章傳輸線理論《微波技術》第二章傳輸線理論

一、傳播常數(shù)

二、特性阻抗

三、相速和相波長

四、輸入阻抗

五、反射系數(shù)

六、駐波比和行波系數(shù)

七、傳輸功率2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析

一、行波狀態(tài)

《微波技術》第二章傳輸線理論

二、駐波狀態(tài)

三、行駐波狀態(tài)2-5阻抗圓圖及其應用

一、阻抗圓圖

二、導納圓圖2-6傳輸線的阻抗匹配

一、阻抗匹配的概念

二、阻抗匹配的方法《微波技術》第三章微波傳輸線3-1引言3-2交變電磁場基本關系式

一、麥克斯韋方程組

二、邊界條件

三、交變電磁場的能量關系3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論

一、TM波

二、TE波

三、TEM波《微波技術》第三章微波傳輸線3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性

一、傳播常數(shù)和截止波數(shù)

二、波的傳播速度和色散

三、波阻抗

四、傳輸功率及損耗3-5矩形波導

一、矩形波導中傳輸波型及其場分量

二、矩形波導中電磁波型的傳輸特性

三、矩形波導中TE10模的特性《微波技術》第三章微波傳輸線

四、矩形波導中傳輸功率和功率容量3-6圓波導

一、TM波場分量表達式

二、TE波場分量表達式

三、截止波長及波型簡介

四、圓波導中的三個主要模式3-7同軸線

一、同軸線傳輸主?！猅EM模《微波技術》第三章微波傳輸線

二、同軸線中的高次模3-8帶狀線

一、特性參量

二、帶狀線尺寸的確定3-9微帶線

一、微帶線傳輸?shù)闹髂?/p>

二、微帶線的特性參量

三、微帶線的色散特性和尺寸設計考慮《微波技術》4-1引言4-2波導等效為平行雙線4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡

一、網(wǎng)絡參考面的選擇

二、不均勻區(qū)等效為微波網(wǎng)絡

三、微波網(wǎng)絡的特性

第四章微波網(wǎng)絡基礎《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡

一、二端口微波網(wǎng)絡的網(wǎng)絡參量

二、二端口微波網(wǎng)絡參量的性質(zhì)4-5基本電路單元的參量矩陣4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響

一、二端口微波網(wǎng)絡的組合

二、參考面移動對二端口網(wǎng)絡參量的影響《微波技術》第四章微波網(wǎng)絡基礎《微波技術》4-7二端口微波網(wǎng)絡的工作特性參量

一、電壓傳輸系數(shù)T

二、插入衰減A

三、插入相移

四、輸入駐波比4-8多端口微波網(wǎng)絡第四章微波網(wǎng)絡基礎第五章常用微波元件5-1引言5-2波導中的電抗元件

一、電容膜片

二、電感膜片

三、諧振窗四、螺釘5-3連接元件和終端負載

一、連接元件

二、終端負載《微波技術》5-4衰減器和移相器

一、衰減器

二、移相器

5-5阻抗變換器

一、單節(jié)

/4阻抗變換器

二、多節(jié)階梯阻抗變換器

三、漸變線阻抗變換器5-6定向耦合器《微波技術》第五章常用微波元件

一、定向耦合器的技術指標

二、波導型定向耦合器

三、平行耦合線定向耦合器

四、分支定向耦合器5-7微帶功分器5-8波導匹配雙T

一、波導的T形接頭

二、普通雙T和匹配雙T《微波技術》第五章常用微波元件5-9微波濾波器

一、利用四分之一波長傳輸線并聯(lián)電抗元件的濾波器

二、利用高低阻抗線構成的濾波器5-10微波諧振器

一、諧振器的電磁能量關系及品質(zhì)因數(shù)Q

二、同軸諧振腔

三、矩形諧振腔《微波技術》第五章常用微波元件四、圓柱諧振腔五、微帶諧振器六、諧振腔的等效電路《微波技術》第五章常用微波元件第六章微波電路計算機輔助分析6-1引言6-2待定導納矩陣分析

一、待定導納矩陣定義

二、待定導納矩陣性質(zhì)

三、矩陣的建立方法和分布參數(shù)元件的待定導納矩陣

四、多端網(wǎng)絡組合的待定導納矩陣

五、待定導納矩陣的化簡信息與通信工程學院信號處理技術研究所6-3轉(zhuǎn)移矩陣分析

一、多級級聯(lián)

二、并聯(lián)分支鏈

三、串聯(lián)分支鏈

四、矩陣鏈并聯(lián)

五、矩陣鏈串聯(lián)

六、矩陣的串并聯(lián)與并串聯(lián)

七、電路外特性參數(shù)的計算信息與通信工程學院信號處理技術研究所第六章微波電路計算機輔助分析6-4散射矩陣分析

一、二端口網(wǎng)絡級聯(lián)的S參數(shù)

二、多端口網(wǎng)絡互聯(lián)的S參數(shù)

三、多端口[S]矩陣的端口化簡信息與通信工程學院信號處理技術研究所第六章微波電路計算機輔助分析7-1引言7-2微波電路的最優(yōu)化設計

一、引言

二、最優(yōu)化設計的基本原則

7-3目標函數(shù)

一、目標函數(shù)表達式

二、目標函數(shù)的極小和最小

三、最優(yōu)方法概述第七章微波電路計算機輔助設計《微波技術》7-4無約束最優(yōu)化的梯度法

一、最速下降法

二、牛頓法

三、DFP變尺度法7-5無約束最優(yōu)化的直接方法

一、單純形法

二、共軛方向法7-6有約束條件的最優(yōu)化方法《微波技術》第七章微波電路計算機輔助設計

一、外罰函數(shù)法

二、內(nèi)罰函數(shù)法7-7微波電路敏感度分析

一、敏感度定義

二、敏感度直接計算法《微波技術》第七章微波電路計算機輔助設計第八章HFSS微波仿真8-1HFSS基本介紹

一、HFSS發(fā)展歷程

二、HFSS仿真原理

三、HFSS仿真過程

四、HFSS的主要功能

五、HFSS的應用領域8-2HFSS軟件系統(tǒng)

一、軟件設計環(huán)境

二、基本操作《微波技術》第一章緒論《微波技術》1-1微波及其特點一、微波的概念及波段劃分

二、微波的特點1-2微波技術的發(fā)展和應用一、微波技術的發(fā)展二、微波技術的應用1-3微波技術的研究方法和基本內(nèi)容1-1微波及其特點《微波技術》一、微波的概念及波段劃分微波是一種頻率非常高的電磁波。把波長在1m到1mm范圍內(nèi)的電磁波稱為微波。微波波段對應的頻率范圍為:3×108-3×1011Hz,如下圖所示。微波波段劃分如下:《微波技術》波段波長范圍頻率范圍波段名稱分米波1m～10cm0.3～3GHz特高頻(UHF)厘米波10cm～1cm3～30GHz超高頻(SHF)毫米波1cm～1mm30～300GHz極高頻(EHF)微波波段的代號及對應的頻率范圍波段頻率范圍/GHz波段頻率范圍/GHzUHF0.30～1.12Ka26.50～40.00L1.12～1.70Q33.00～50.00LS1.70～2.60U40.00～60.00S2.60～3.95M50.00～75.00C3.95～5.85E60.00～90.00XC5.85～8.20F90.00～140.0X8.20～12.40G140.0～220.0Ku12.40～18.00R220.0～325.0K18.00～26.50

《微波技術》二、微波的特點微波似光性衛(wèi)星通信

頻率高

多路通信

穿透電離層

天文學研究

量子特性

微波波譜學

《微波技術》1-2微波技術的發(fā)展和應用二、微波技術的應用

一、微波技術的發(fā)展

《微波技術》1-3微波技術的研究方法和基本內(nèi)容

麥克斯韋方程第三章

基爾霍夫定律第二章場與路相結合第四章

場路研究方法基本內(nèi)容《微波技術》2-1引言

一、傳輸線的種類二、分布參數(shù)及分布參數(shù)電路2-2傳輸線方程及其解

一、傳輸線方程二、傳輸線方程的解三、入射波和反射波2-3傳輸線的特性參量一、傳播常數(shù)二、特性阻抗三、相速和相波長四、輸入阻抗

第二章傳輸線理論《微波技術》第二章傳輸線理論

五、反射系數(shù)六、駐波比和行波系數(shù)七、傳輸功率2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析一、行波狀態(tài)二、駐波狀態(tài)三、行駐波狀態(tài)2-5圓圖及其應用

一、阻抗圓圖二、導納圓圖2-6傳輸線的阻抗匹配一、阻抗匹配概念二、阻抗匹配方法

《微波技術》2-1引言

一、傳輸線的種類(1)TEM波

(2)TE、TM波(3)表面波《微波技術》2-1引言二、分布參數(shù)及分布參數(shù)電路

傳輸線有長線和短線之分。所謂長線是指傳輸線的幾何長度與線上傳輸電磁波的波長比值(電長度)大于或接近1，反之稱為短線。長線分布參數(shù)電路

考慮分布參數(shù)效應短線集中參數(shù)電路忽略分布參數(shù)效應

當頻率提高到微波波段時，這些分布效應不可忽略，所以微波傳輸線是一種分布參數(shù)電路。這導致傳輸線上的電壓和電流是隨時間和空間位置而變化的二元函數(shù)。注意《微波技術》2-1引言

根據(jù)傳輸線上的分布參數(shù)是否均勻分布，可將其分為均勻傳輸線和不均勻傳輸線?？梢园丫鶆騻鬏斁€分割成許多小的微元段dz(dz<<

)，這樣每個微元段可看作集中參數(shù)電路，用一個

形網(wǎng)絡來等效。于是整個傳輸線可等效成無窮多個

形網(wǎng)絡的級聯(lián)

《微波技術》2-2傳輸線方程及其解一、傳輸線方程瞬時值u,i與復數(shù)振幅U,I的關系為

dz段的等效電路

《微波技術》

2-2傳輸線方程及其解二、傳輸線方程的解

將上式兩邊對z再求一次微分，并令可得通解為

式中，

《微波技術》2-2傳輸線方程及其解1.

已知傳輸線終端電壓U2和電流I2，沿線電壓電流表達式

解得將終端條件U(0)=U2,I(0)=I2代入上式可得將A1,A2代入解得整理后可得《微波技術》2-2傳輸線方程及其解2.已知傳輸線始端電壓U1和電流I1，沿線電壓電流表達式

這時將坐標原點z=0選在始端較為適宜。將始端條件U(0)=U1,I(0)=I1代入求解式，同樣可得沿線的電壓電流表達式為

《微波技術》2-2傳輸線方程及其解

三、入射波和反射波

根據(jù)復數(shù)振幅與瞬時值間的關系，可求得傳輸線上電壓和電流的瞬時值表達式

第一部分表示由信號源向負載方向傳播的行波，稱之為入射波。其中為電壓入射波，為電流入射波。第二部分表示由負載向信號源方向傳播的行波，稱之為反射波。入射波和反射波沿線的瞬時分布圖如圖所示

《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

傳輸線的特性參量主要包括：傳播常數(shù)、特性阻抗、相速和相波長、輸入阻抗、反射系數(shù)、駐波比(行波系數(shù))和傳輸功率等。一、傳播常數(shù)對于低耗傳輸線有(無耗傳輸線）無耗傳播常數(shù)

一般為復數(shù)，可表示為《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

對于微波傳輸線，也符合。

傳輸線的特性阻抗定義為傳輸線上入射波電壓

與入射波電流

之比，或反射波電壓

與反射波電流

之比的負值，即對于無耗傳輸線()，則

在無耗或低耗情況下，傳輸線的特性阻抗為一實數(shù)，它僅決定于分布參數(shù)

和

，與頻率無關。二、特性阻抗《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

三、相速和相波長入射波的相速為對于微波傳輸線

所謂相波長定義為波在一個周期T內(nèi)等相位面沿傳輸線移動的距離。即

相速是指波的等相位面移動速度?！段⒉夹g》

2-3傳輸線的特性參量

四、輸入阻抗

傳輸線終端接負載阻抗ZL時，距離終端z處向負載方向看去的輸入阻抗定義為該處的電壓U(z)與電流I(z)之比，即均勻無耗傳輸線

傳輸線的輸入阻抗

《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

對給定的傳輸線和負載阻抗，線上各點的輸入阻抗隨至終端的距離l的不同而作周期(周期為)變化，且在一些特殊點上，有如下簡單阻抗關系：3.當Z0為實數(shù)ZL為復數(shù)負載時，四分之一波長的傳輸線具有阻抗變換特性。在許多情況下，例如并聯(lián)電路的阻抗計算，采用導納比較方便結論1.傳輸線上距負載為半波長整數(shù)倍的各點的輸入阻抗等于負載阻抗。2.距負載為四分之一波長奇數(shù)倍的各點的輸入阻抗等于特性阻抗的平方與負載阻抗的比值?！段⒉夹g》

2-3傳輸線的特性參量

五、反射系數(shù)

距終端z處的反射波電壓Ur(z)與入射波電壓Ui(z)之比定義為該處的電壓反射系數(shù)

u(z)，即電流反射系數(shù)

終端反射系數(shù)傳輸線上任一點反射系數(shù)與終端反射系數(shù)的關系《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

輸入阻抗與反射系數(shù)間的關系

負載阻抗與終端反射系數(shù)的關系上述兩式又可寫成《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

六、駐波比和行波系數(shù)

電壓（或電流）駐波比

定義為傳輸線上電壓（或電流）的最大值與最小值之比，即

當傳輸線上入射波與反射波同相疊加時，合成波出現(xiàn)最大值；而反相疊加時出現(xiàn)最小值駐波比與反射系數(shù)的關系式為

行波系數(shù)K定義為傳輸線上電壓（或電流）的最小值與最大值之比，故行波系數(shù)與駐波比互為倒數(shù)《微波技術》

2-3傳輸線的特性參量

傳輸線上反射波的大小，可用反射系數(shù)的模、駐波比和行波系數(shù)三個參量來描述。傳輸線的工作狀態(tài)一般分為三種：(1)行波狀態(tài)

(3)駐波狀態(tài)

(2)行駐波狀態(tài)

駐波比的變化范圍為反射系數(shù)模的變化范圍為《微波技術》行波系數(shù)的變化范圍為

2-3傳輸線的特性參量

七、傳輸功率傳輸功率為為了簡便起見，一般在電壓波腹點(最大值點)或電壓波節(jié)點(最小值點)處計算傳輸功率，即

在不發(fā)生擊穿情況下，傳輸線允許傳輸?shù)淖畲蠊β史Q為傳輸線的功率容量

《微波技術》

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析一、行波狀態(tài)(無反射情況)行波狀態(tài)下的電壓、電流及輸入阻抗分布圖《微波技術》

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析行波狀態(tài)下的分布規(guī)律：

(1)線上電壓和電流的振幅恒定不變。(2)電壓行波與電流行波同相，它們的相位是位置z和時間t的函數(shù)，即：。

(3)線上的輸入阻抗處處相等，且均等于特性阻抗，即：Zin(z)=Z0?！段⒉夹g》行波動畫演示

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析二、駐波狀態(tài)(全反射情況)

1.終端短路傳輸線終端短路時電壓、電流及阻抗的分布圖

《微波技術》

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析2.終端開路傳輸線終端開路時電壓、電流及阻抗的分布圖

《微波技術》

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析3.終端接純電抗負載終端接純電抗負載時沿線電壓、電流及阻抗的分布圖

(a)感性負載；(b)容性負載《微波技術》

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析(2)沿線同一位置的電壓電流之間相位差，所以駐波狀態(tài)只有能量的存儲并無能量的傳輸。

均勻無耗傳輸線終端無論是短路、開路還是接純電抗負載，終端均產(chǎn)生全反射，沿線電壓電流呈駐波分布，其特點為：(1)

駐波波腹值為入射波的兩倍，波節(jié)值等于零。短路線終端為電壓波節(jié)、電流波腹；開路線終端為電壓波腹、電流波節(jié)；接純電抗負載時，終端既非波腹也非波節(jié)?！段⒉夹g》駐波動畫演示

2-4均勻無耗傳輸線工作狀態(tài)的分析三、行駐波狀態(tài)(部分反射情況)行駐波狀態(tài)下的電壓、電流及輸入阻抗分布圖《微波技術》行駐波動畫演示

2-5阻抗圓圖及其應用

極坐標圓圖，又稱為史密斯(Smith)圓圖。應用最廣，這里先介紹Smith圓圖的構造和應用。

一、阻抗圓圖

阻抗圓圖由等反射系數(shù)圓和等阻抗圓組成。

1.等反射系數(shù)圓距離終端z處的反射系數(shù)為

上式表明，在復平面上等反射系數(shù)模的軌跡是以坐標原點為圓心、為半徑的圓，這個圓稱為等反射系數(shù)圓。由于反射系數(shù)的模與駐波比是一一對應的，故又稱為等駐波比圓。

《微波技術》

2-5阻抗圓圖及其應用若已知終端反射系數(shù)，則距終端z處的反射系數(shù)為線上移動的距離與轉(zhuǎn)動的角度之間的關系為等反射系數(shù)圓《微波技術》

2-5阻抗圓圖及其應用

由此可見，線上移動長度時，對應反射系數(shù)矢量轉(zhuǎn)動一周。一般轉(zhuǎn)動的角度用波長數(shù)(或電長度)表示，且標度波長數(shù)的零點位置通常選在相角相等的反射系數(shù)的軌跡是單位圓內(nèi)的徑向線。

的徑向線為各種不同負載阻抗情況下電壓波腹點反射系數(shù)的軌跡；

的徑向線為各種不同負載阻抗情況下電壓波節(jié)點反射系數(shù)的軌跡。

等反射系數(shù)圓的波長數(shù)標度處。為了使用方便，有的圓圖上標有兩個方向的波長數(shù)數(shù)值，如圖所示。向負載方向移動讀里圈讀數(shù)，向波源方向移動讀外圈讀數(shù)?！段⒉夹g》

2-5阻抗圓圖及其應用2.等阻抗圓由以上得:

稱為歸一化電阻，稱為歸一化電抗?！段⒉夹g》

2-5阻抗圓圖及其應用將等電阻圓和等電抗圓繪制在同一張圖上，即得到阻抗圓圖!

等電抗圓阻抗圓圖等電阻圓

《微波技術》

2-5阻抗圓圖及其應用阻抗圓圖具有如下幾個特點：(1)圓圖上有三個特殊點：

短路點(C點)，其坐標為(-1,0)。此處對應于；

開路點(D點)，其坐標為(1,0)。此處對應于；

匹配(O點)，其坐標為(0,0)。此處對應于。(2)圓圖上有三條特殊線：

圓圖上實軸CD為

的軌跡，其中正實半軸OD為電壓波腹點的軌跡，線上的值即為駐波比

的讀數(shù)；負實半軸OC為電壓波節(jié)點的軌跡，線上的R值即為行波系數(shù)K的讀數(shù)；最外面的單位圓為R=0的純電抗軌跡，即為的全反射系數(shù)圓的軌跡。(3)

圓上有兩個特殊面：圓圖實軸以上的上半平面是感性阻抗的軌跡；實軸以下的下半平面是容性阻抗的軌跡。《微波技術》

2-5阻抗圓圖及其應用(6)若傳輸線上某一位置對應于圓圖上的A點，則A點的讀數(shù)即為該位置的輸入阻抗歸一化值()；若關于O點的A點對稱點為A’點，則A’點的讀數(shù)即為該位置的輸入導納歸一化值()。(4)

圓圖上有兩個旋轉(zhuǎn)方向：在傳輸線上A點向負載方向移動時，則在圓圖上由A點沿等反射系數(shù)圓逆時針方向旋轉(zhuǎn)；反之，在傳輸線上A點向波源方向移動時，則在圓圖上由A點沿等反射系數(shù)圓順時針方向旋轉(zhuǎn)。(5)

圓圖上任意一點對應了四個參量：、、和。知道了前兩個參量或后兩個參量均可確定該點在圓圖上的位置。注意電阻和電抗均為歸一化值，如果要求它們的實際值分別乘上傳輸線的特性阻抗。《微波技術》

2-5阻抗圓圖及其應用二、導納圓圖

如果以單位圓圓心為軸心，將復平面上的阻抗圓圖旋轉(zhuǎn)180o，即可得到導納圓圖。

因此，Smith圓圖即可作為阻抗圓圖也可作為導納圓圖使用。作為阻抗圓圖使用時，圓圖中的等值圓表示R和X圓；作為導納圓圖使用時，圓圖中的等值圓表示G和B圓。并且圓圖實軸的上部X或B均為正值，實軸的下部X或B均為負值。

導納是阻抗的倒數(shù),故歸一化導納為《微波技術》

2-5阻抗圓圖及其應用(3)與在同一反射系數(shù)圓上，相應位置差180o

。

阻抗圓圖與導納圓圖的關系(1)當圓圖作為阻抗圓圖時，相角為0o的反射系數(shù)位于OD上，相角增大，反射系數(shù)矢量沿逆時針方向轉(zhuǎn)動；當圓圖作為導納圓圖時，相角為0o的反射系數(shù)位于OC上，相角增大，反射系數(shù)矢量仍沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。(2)作為阻抗圓圖使用時，D點為開路點，C點為短路點，線段OD為電壓波腹點歸一化阻抗的軌跡，線段OC為電壓波節(jié)點歸一化阻抗的軌跡；作為導納圓圖使用時，D點為短路點，C點為開路點，線段OD為電壓波節(jié)點歸一化阻抗的軌跡，線段OC為電壓波腹點歸一化阻抗的軌跡。注意《微波技術》2-6傳輸線的阻抗匹配

在微波傳輸系統(tǒng)，阻抗匹配極其重要，它關系到系統(tǒng)的傳輸效率、功率容量與工作穩(wěn)定性，關系到微波測量的系統(tǒng)誤差和測量精度，以及微波元器件的質(zhì)量等一系列問題。

傳輸線與負載不匹配傳輸線功率容量降低增加傳輸線的衰減這里的匹配概念分為兩種：共軛匹配和無反射匹配。一、阻抗匹配概念

如果信號源與傳輸線不匹配，不僅會影響信號源的頻率和輸出的穩(wěn)定性，而且信號源不能給出最大功率。因此，微波傳輸系統(tǒng)一定要作到阻抗匹配。傳輸線上有駐波存在《微波技術》2-6傳輸線的阻抗匹配

一、阻抗匹配的概念

(一)共軛匹配共軛匹配要求傳輸線輸入阻抗與信號源內(nèi)阻互為共軛值。信號源輸出的最大功率為共軛匹配

《微波技術》則即信號源的內(nèi)阻為傳輸線的輸入阻抗為2-6傳輸線的阻抗匹配(二)無反射匹配

無反射匹配包括傳輸線始端與信號源內(nèi)阻匹配和傳輸線終端與負載阻抗匹配。

信號源內(nèi)阻也為實數(shù)，此時傳輸線的始端無反射波，這種信號源稱為匹配信號源。

當傳輸線終端所接的負載阻抗為純電阻時，則傳輸線的終端無反射波，此時的負載稱為匹配負載。

無反射匹配是指傳輸線兩端阻抗與傳輸線的特性阻抗相等，線上無反射波存在，即工作于行波狀態(tài)?！段⒉夹g》2-6傳輸線的阻抗匹配

其匹配原理是通過匹配網(wǎng)絡引入一個新的反射波來抵消原來的反射波。采用阻抗變換器和分支匹配器作為匹配網(wǎng)絡是兩種最基本的方法。當傳輸系統(tǒng)滿足：時，可同時實現(xiàn)共軛匹配和無反射匹配。二、阻抗匹配方法

阻抗匹配的方法就是在傳輸線與負載之間加入一阻抗匹配網(wǎng)絡。要求這個匹配網(wǎng)絡由電抗元件構成，接入傳輸線時應盡可能靠近負載，且通過調(diào)節(jié)能對各種負載實現(xiàn)阻抗匹配。《微波技術》2-6傳輸線的阻抗匹配(一)阻抗變換器

為了使實現(xiàn)阻抗匹配，必須使

阻抗變換器由一段長度為、特性阻抗為的傳輸線組成。當這段傳輸線終端接純電阻時，則輸入阻抗為《微波技術》2-6傳輸線的阻抗匹配(二)分支匹配器

1.單分支匹配器分支匹配器又分為單分支、雙分支和三分支匹配器。

分支匹配器的原理是利用在傳輸線上并接或串接終端短路或開路的分支線，產(chǎn)生新的反射波來抵消原來的反射波，從而達到阻抗匹配。單分支匹配的原理如圖所示?！段⒉夹g》2-6傳輸線的阻抗匹配2.雙分支匹配器

雙分支匹配器存在的匹配死區(qū)，可采用三分支匹配器來消除，如圖所示。其調(diào)配原理與雙分支相同，僅增加一個分支。

3.三分支匹配器《微波技術》第三章微波傳輸線3-1引言3-2交變電磁場基本關系式一、麥克斯韋方程組

二、邊界條件三、交變電磁場的能量關系3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論

一、TM波二、TE波三、TEM波3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性

《微波技術》第三章微波傳輸線

一、傳播常數(shù)和截止波長二、波的傳播速度和色散三、波阻抗四、傳輸功率及損耗3-5矩形波導

一、矩形波導中的傳輸波型及其場分量二、矩形波導中電磁波型的傳輸特性三、矩形波導中TE10模的特性四、矩形波導中傳輸功率和功率容量3-6圓波導

一、TM波場分量表達式《微波技術》第三章微波傳輸線

二、TE波場分量表達式三、截止波長及波型簡介四、圓波導中的三個主要模式3-7同軸線一、同軸線傳輸主?！猅EM模二、同軸線中的高次模3-8帶狀線一、特性參量二、帶狀線尺寸的確定《微波技術》3-9微帶線一、微帶線傳輸?shù)闹髂６?、微帶線的特性參量三、微帶線的色散特性和尺寸設計考慮第三章微波傳輸線《微波技術》3-1引言

微波傳輸線是用來傳輸微波信號和微波能量的傳輸線。微波傳輸線的種類很多，比較常用的有平行雙線、矩形波導、圓波導、同軸線、帶狀線和微帶線等。

微波傳輸線是引導電磁波沿一定方向傳輸?shù)南到y(tǒng)，故又稱作導波系統(tǒng)。被傳輸?shù)碾姶挪ㄓ址Q作導行波。導行波一方面要滿足麥克斯韋方程，另一方面又要滿足導體或介質(zhì)的邊界條件；也就是說，麥克斯韋方程和邊界條件決定了導行波在導波系統(tǒng)中的電磁場分布規(guī)律和傳播特性。本章首先采用電磁場理論來分析矩形波導、圓波導和同軸線的傳播特性和電磁場分布規(guī)律，然后借助傳輸線理論來分析帶狀線、微帶線、耦合帶狀線和耦合微帶線的基本特點和傳輸規(guī)律。

《微波技術》3-2交變電磁場基本關系式一、麥克斯韋方程組輔助方程

《微波技術》其中：為電場強度矢量，為磁感應強度矢量，為磁場強度矢量，為電位移矢量，為電流密度矢量，為電荷密度。

3-2交變電磁場基本關系式場量的瞬時值與復數(shù)振幅值之間的關系為

可得復數(shù)形式的麥克斯韋方程組為一般都假定遠離場源，即在無源區(qū)

《微波技術》3-2交變電磁場基本關系式二、邊界條件1.兩種媒質(zhì)界面的邊界條件

三、交變電磁場的能量關系

對于一封閉曲面S，電磁場的能量關系滿足復功率定理，即2.理想導體表面的邊界條件《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論

導波系統(tǒng)中的電磁波按縱向場分量的有無，可分為以下三種波型(或模)：(3)橫電磁波(TEM波)：

其中橫電磁波只存在于多導體系統(tǒng)中，而橫磁波和橫電波一般存在于單導體系統(tǒng)中，它們是色散波。

(1)橫磁波(TM波)，又稱電波(E波)：(2)橫電波(TE波)，又稱磁波(H波)：《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論將TM波的場量：

代入麥克斯韋方程組的兩個旋度方程得可得到TM波各場分量的基本關系式為

一、TM波1.場分量基本關系式《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論整理得式中為傳播常數(shù)。

通解為

2.邊界條件TM波電場縱向分量

當時

《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論

二、TE波

1.場分量基本關系式通解為《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論

2.邊界條件同理可得，TE波用橫向分布函數(shù)表示的邊界條件為

式中C為理想波導橫截面的邊界閉合曲線，n為曲線C的內(nèi)法線矢量。TE波的全部場分量表達式

《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論三、TEM波

1.場分量基本關系式式中為傳播常數(shù)。其通解形式為式中相移常數(shù)為

《微波技術》3-3理想導波系統(tǒng)的一般理論TEM波的全部場分量表達式2.邊界條件

TEM波的邊界條件可用橫向分布函數(shù)表示

式中C為理想波導橫截面的邊界閉合曲線，為曲線C的切線矢量。《微波技術》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性導波系統(tǒng)中的傳播常數(shù)為當，時，系統(tǒng)處于傳輸和截止狀態(tài)之間的臨界狀態(tài)。此時對應的頻率稱為臨界頻率或截止頻率，記為相應的臨界波長或截止波長為《微波技術》一、傳播常數(shù)和截止波長3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性導波系統(tǒng)傳輸TM波和TE波的條件可記為：

而截止條件可記為：

TEM波在任何頻率下都能滿足傳輸條件，因此均處于傳輸狀態(tài)?！段⒉夹g》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性1.相速和相波長相速是指導波系統(tǒng)中傳輸電磁波的等相位面沿軸向移動的速度。

若將等相位面在一個周期T內(nèi)移動的距離定義為相波長，則有二、波的傳播速度和色散《微波技術》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性對于TEM波，相速為其相波長為對于TE波和TM波，

相速為相波長為稱為波型因子。《微波技術》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性2.群速

這些多種頻率成分構成一個“波群”，又稱為波的包絡，其傳播速度稱為群速。群速的關系式

群速的定義式為群速、相速和光速三者的關系為：對于TEM波《微波技術》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性3.色散

TE波和TM波的相速和群速都隨波長而變化，即是頻率的函數(shù)，這種現(xiàn)象稱為“色散”。因此，TE波和TM波統(tǒng)稱為“色散波”；而TEM波的相速和群速相同，且與頻率無關，沒有色散現(xiàn)象，故稱為“非色散波”。

這里所說的波導色散現(xiàn)象與基于媒質(zhì)特性產(chǎn)生的色散現(xiàn)象不同，由于已假定波導中媒質(zhì)是線性的，即不隨頻率而變化，所以波導中電磁波產(chǎn)生色散的原因是由波導系統(tǒng)本身的特性(即邊界條件)所引起的。

《微波技術》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性波阻抗定義為相互正交的橫向電場與橫向磁場之比

對于TEM波，

對于TE波和TM波，

傳輸狀態(tài)

截止狀態(tài)

三、波阻抗《微波技術》3-4導波系統(tǒng)的傳輸特性

四、傳輸功率及損耗導波系統(tǒng)所傳輸?shù)碾姶挪ㄆ骄β?/p>

實際中，由于導波系統(tǒng)的電導率是有限的，且所填充的介質(zhì)也是非理想的，所以實際的導波系統(tǒng)都存在著導體損耗和介質(zhì)損耗。因而電磁波在傳輸過程中，其振幅會逐漸減小，也就是說存在功率損耗，這種損耗應根據(jù)具體情況來計算。《微波技術》3-5矩形波導

圖中,a和b分別為矩形波導的寬壁和窄壁尺寸。由于矩形波導不僅具有結構簡單、機械強度大的優(yōu)點，而且由于它是封閉結構，可以避免外界干擾和輻射損耗；因為它無內(nèi)導體，所以導體損耗低，而功率容量大。在目前大中功率的微波系統(tǒng)中常采用矩形波導作為傳輸線和構成微波元器件。

矩形波導是橫截面為矩形的空心金屬管，如圖所示。《微波技術》3-5矩形波導一、矩形波導中傳輸波型及其場分量由于矩形波導為單導體的金屬管，波導中不可能傳輸TEM波，只能傳輸TE波或TM波。

通解為

（一）TM波《微波技術》3-5矩形波導各場分量與橫向分布函數(shù)的關系為復數(shù)表示式為式中,m和n分別代表場強沿x軸和y軸方向分布的半波數(shù)。一組m,n值代表一種橫磁波波型，記作。由于m=0或n=0時所有場分量均為零，因此矩形波導不存在等波型，所以是最簡單的波型，其余波型為高次波型?！段⒉夹g》3-5矩形波導(二)TE波(Ez=0)TE波橫向場分量表示式復數(shù)表示式為

式中,m和n分別代表場強沿x軸和y軸方向分布的半波數(shù)。一組m,n值代表一種橫電波波型。由于m=0及n=0時所有場分量才為零，因此矩形波導中存在等波型。若，則模是最低次波型，其余波型為高次波型?！段⒉夹g》3-5矩形波導二、矩形波導中電磁波型的傳輸特性TE波和TM波的截止波數(shù)均為截止波長截止頻率

截止波長不僅與波導尺寸a和b有關，而且與決定波型的m和n有關，此外，截止頻率還與介質(zhì)特性有關?！段⒉夹g》3-5矩形波導當波導尺寸a和b給定時，將不同m和n值代入，即可得到不同波型的截止波長。其分布如下圖所示。

BJ-100型波導不同波型截止波長的分布圖

從圖中可以看出，TE10模的截止波長最長，它右邊的陰影區(qū)為截止區(qū)。《微波技術》3-5矩形波導（1）通常矩形波導工作在TE10單模傳輸情況，這是因為

TE10模容易實現(xiàn)單模傳輸。（2）當工作頻率一定時傳輸TE10模的波導尺寸最小。（3）若波導尺寸一定，則實現(xiàn)單模傳輸?shù)念l帶最寬。即

當工作波長給定時，若要實現(xiàn)TE10單模傳輸，則波導尺寸必須滿足，

為了實現(xiàn)TE10單模傳輸，則要求電磁波的工作波長必須滿足下列條件《微波技術》3-5矩形波導三、矩形波導中TE10模的特性(一)場分布圖所謂場分布圖就是在固定時刻，用電力線和磁力線表示某種波型場強空間變化規(guī)律的圖形。

TE10模的場分量為

《微波技術》3-5矩形波導

TE10模場強與y無關，場分量沿y軸均勻分布。各場分量沿x軸的變化規(guī)律為矩形波導TE10模場分量的分布規(guī)律

(a)場分量沿x軸的變化規(guī)律；(b)場分量沿z軸的變化規(guī)律；

(c)矩形波導橫截面上的場分布；(d)矩形波導縱剖面上的場分布.《微波技術》動畫演示3-5矩形波導

某一時刻TE10模完整的場分布如圖所示，隨時間的推移，場分布圖以相速沿傳輸方向移動。矩形波導TE10模的場分布圖《微波技術》動畫演示3-5矩形波導(二)壁電流分布

當波導內(nèi)傳輸電磁波時，波導內(nèi)壁上將會感應高頻電流。這種電流屬傳導電流，稱為壁電流。由于假定波導壁是由理想導體構成，故壁電流只存在于波導的內(nèi)表面。如圖所示。

矩形波導TE10模壁電流分布《微波技術》3-5矩形波導四、矩形波導中傳輸功率和功率容量(一)傳輸功率在行波狀態(tài)下，傳輸?shù)钠骄β十攤鬏擳E10模時波導中填充空氣介質(zhì)時

《微波技術》3-5矩形波導(二)功率容量波導中最大承受的極限功率稱為波導的功率容量。

行波狀態(tài)下波導傳輸TE10模的功率容量實際傳輸線上總有反射波存在。在行駐波狀態(tài)下，矩形波導傳輸TE10模的功率容量應修正為

為了留有余地，波導實際允許傳輸?shù)墓β室话闳⌒胁顟B(tài)下功率容量理論值的25%～30%。

《微波技術》3-6圓波導

圓波導是橫截面為圓形的空心金屬管，如圖所示，其尺寸半徑為R。

由于圓波導具有損耗較小和雙極化的特性，所以常用作天線饋線和微波諧振腔，也可作較遠距離的傳輸線。圓波導具有軸對稱性，故宜采用圓柱坐標來分析?！段⒉夹g》3-6圓波導一、TM波場分量表達式圓波導TM波的波阻抗為《微波技術》3-6圓波導二、TE波場分量表達式圓波導TE波的波阻抗為《微波技術》3-6圓波導三、截止波長及波型簡介由TM波和TE波的截止波數(shù)可求得相應的截止波長，它們分別為圓波導不同波型的截止波長分布，如圖所示。

圓波導波型的分布圖TE11模的截止波長最長，因此TE11模是圓波導傳輸?shù)闹髂?，TE11單模傳輸?shù)臈l件為《微波技術》3-6圓波導

圓波導中有無限多個模式存在，最常用的三個主要模式為TE11、TE01和TM01模。(一)TE11模()TE11模的場分布如圖所示。其中圖(a)表示橫截面上的電磁場分布；圖(b)表示縱剖面上的電場分布；圖(c)為圓波導壁上的壁電流分布。四、圓波導中的三個主要模式《微波技術》動畫演示1動畫演示23-6圓波導(二)TE01模()

TE01模的場分布如圖所示。其中圖(a)表示橫截面上的電磁場分布；圖(b)表示縱剖面上的電磁場分布；圖(c)為壁電流的分布。

TE01模常作為高Q諧振腔和遠距離的毫米波傳輸線的工作模式。另外由于它是圓電模，也可作為連接元件和天線饋線系統(tǒng)的工作模式。但由于它不是主模，因此該模式作為工作模式時，必須設法抑制其它模式?！段⒉夹g》動畫演示1動畫演示23-6圓波導(三)TM01模()TM01模的場分布如圖所示。其中圖(a)表示橫截面上的電磁場分布；圖(b)表示縱剖面上的電磁場分布；圖(c)為壁電流的分布。TM01模適用于微波天線饋線旋轉(zhuǎn)鉸鏈的工作模式。由于它具有Ez分量，便于和電子交換能量，可作電子直線加速器的工作模式。但由于它的管壁電流具有縱向電流，故必須采用抗流結構的連接方式?！段⒉夹g》動畫演示1動畫演示23-7同軸線

同軸線是一種雙導體傳輸線，如圖所示。同軸線按結構可分為兩種：硬同軸線和同軸電纜。硬同軸線內(nèi)外導體之間媒質(zhì)通常為空氣，內(nèi)導體用高頻介質(zhì)墊圈支撐。同軸電纜的內(nèi)外導體之間填充高頻介質(zhì)，內(nèi)導體由單根或多根導線組成，外導體由銅線編織而成，外面再包一層軟塑料等介質(zhì)。

在同軸線中即可傳輸無色散的TEM波，也可能存在有色散的TE和TM波?！段⒉夹g》3-7同軸線一、同軸線傳輸主?！猅EM模

同軸線傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模，這種模將TEM模橫向分布函數(shù)滿足的二維拉普拉斯方程：同軸線中TEM模的場結構如圖所示。

(一)TEM模的場分量和場結構《微波技術》動畫演示1動畫演示23-7同軸線(二)同軸線中TEM模的特性參量

對于同軸線中的TEM模

相移常數(shù)為相速與光速的關系為

特性阻抗為相波長與工作波長的關系為《微波技術》3-7同軸線二、同軸線中的高次模在同軸線中，除傳輸TEM主模外，還可能傳輸高次模—TE模和TM模。但在實際應用中，同軸線是以TEM模工作的。1.TM模同軸線TMmn模的截止波長近似為最低次模TM01模的截止波長為2.TE模TEm1模截止波長為最低次模TE11模最小工作波長應滿足：3.

單模傳輸條件《微波技術》3-8帶狀線

帶狀線的結構如圖所示，帶狀線屬雙導體類傳輸線，傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模。

帶狀線結構示意圖

對于帶狀線的分析可以用傳輸線理論來分析。表征帶狀線的主要特性參量有傳播常數(shù)、相速、相波長和特性阻抗。

《微波技術》3-8帶狀線

一、特性參量當工作頻率滿足條件及時，有如下關系式傳播常數(shù)衰減常數(shù)

相移常數(shù)

相速相波長

特性阻抗

《微波技術》3-8帶狀線

在導帶的厚度的情況下，利用保角變換法可求得特性阻抗的精確表達式為一般文獻資料中都給出k值相對應的值，根據(jù)k即可求出Z0。(二)中心導帶厚度不為零時的特性阻抗(2)窄導帶情況()特性阻抗為(1)寬導帶情況()特性阻抗為(一)

中心導帶厚度為零時的特性阻抗《微波技術》3-8帶狀線

為了便于工程計算，下圖給出了帶狀線的尺寸與特性阻抗之間的關系曲線，以便查閱?！段⒉夹g》3-8帶狀線

在TE模中最低次模為TE10,它沿中心導帶寬度有半個駐波分布，其截止波長為為了抑制TE10模，最短的工作波長為即二、帶狀線尺寸的確定帶狀線傳輸?shù)闹髂Ｊ荰EM模。但若尺寸選擇不當，可能出現(xiàn)高次模。為了抑制高次模的傳輸，確定帶狀線尺寸時應考慮下面一些因素。1.中心導帶寬度w《微波技術》3-8帶狀線

增大接地板間距b有助于降低導體損耗和增加功率容量，但b加大后除了加大橫向輻射損耗之外，還可能出現(xiàn)徑向TM高次模，其中TM01為最低次模，它的截止波長為為了抑制TM01模，最短的工作波長為即根據(jù)上述要求即可確定帶狀線的尺寸w和b。

2.接地板間距b《微波技術》3-9微帶線

微帶線是一種重要的微波傳輸線，其結構如下圖所示。它是由介質(zhì)基片上的導帶和基片下面的接地板構成。微帶線容易實現(xiàn)微帶電路的小型化和集成化，所以微帶線在微波集成電路中獲得了廣泛的應用。

微帶線可看作是由平行雙線演變而來的，如下圖所示。

《微波技術》3-9微帶線

一、微帶線傳輸?shù)闹髂？諝饨橘|(zhì)的微帶線存在無色散的TEM模。但實際上的微帶線是制作在介質(zhì)基片上的，雖然它仍然是雙導體系統(tǒng)，但由于存在空氣和介質(zhì)的分界面，這就使得問題復雜化。利用電磁場理論可以證明，在兩種不同介質(zhì)的傳輸系統(tǒng)中，不可能存在單純的TEM模，而只能存在TE模和TM模的混合模。但在微波波段的低頻端，由于場的色散現(xiàn)象很弱，傳輸模式類似于TEM模，故稱為準TEM模。二、微帶線的特性參量

在微波波段微帶線一般工作在弱色散區(qū)，因此把微帶線的工作模式當作TEM模來分析，這種分析方法稱為“準靜態(tài)分析法”。TEM模傳輸線的特性阻抗

《微波技術》3-9微帶線

對于空氣微帶線，微帶線中傳輸TEM模的相速(光速)，并假設它的單位長度分布電容為，則其特性阻抗為傳輸波的相速范圍單位長度分布電容范圍特性阻抗范圍

當微帶線的周圍全部用相對介電常數(shù)為的介質(zhì)填充時，此時微帶線TEM模的相速為，其單位長度分布電容為，則其特性阻抗為《微波技術》3-9微帶線

下面引入一個相對的等效介電常數(shù)，其值介于1和之間，用它來均勻填充微帶線，構成等效微帶線，并保持它的尺寸和特性阻抗與原來的實際微帶線相同。相速為相波長為單位長度分布電容為特性阻抗為相對等效介電常數(shù)

式中q為填充因子，表示介質(zhì)填充的程度。《微波技術》3-9微帶線

三、微帶線的色散特性和尺寸設計考慮

(一)微帶線的色散特性

微帶線中電磁波傳播的速度是頻率的函數(shù)，它使得微帶線的特性阻抗Z0和

re將隨頻率而變化，頻率愈高，則相速愈小，等效介電常數(shù)愈大，特性阻抗愈低。臨界頻率的近似值為(二)微帶線尺寸設計考慮當工作頻率提高后，微帶線中除了傳輸TEM模以外，還會出現(xiàn)高次模。據(jù)分析，當微帶線的尺寸w和h給定時，最短工作波長只要滿足就可保證微帶線中主要傳輸TEM模。

《微波技術》3-9微帶線

傳輸線類型主模截止波長

c單模傳輸條件矩形波導TE10模2aa<

<2a，

>2b圓波導TE11模3.14R2.62R<

<3.41R同軸線TEM模

>

/2(D+d)帶狀線TEM模

微帶線準TEM模

各類傳輸線內(nèi)傳輸?shù)闹髂＜捌浣刂共ㄩL和單模傳輸條件列表如下：《微波技術》4-1引言4-2波導等效為平行雙線4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡一、網(wǎng)絡參考面的選擇二、不均勻區(qū)等效為微波網(wǎng)絡三、微波網(wǎng)絡的性質(zhì)4-4二端口微波網(wǎng)絡一、二端口微波網(wǎng)絡的網(wǎng)絡參量第四章微波網(wǎng)絡基礎《微波技術》第四章微波網(wǎng)絡基礎

二、二端口微波網(wǎng)絡參量相互轉(zhuǎn)化三、二端口微波網(wǎng)絡參量的性質(zhì)四、無耗互易二端口網(wǎng)絡的基本特性4-5基本電路單元的參量矩陣4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響一、二端口微波網(wǎng)絡的組合二、參考面移動對二端口網(wǎng)絡參量的影響《微波技術》第四章微波網(wǎng)絡基礎4-7二端口微波網(wǎng)絡的工作特性參量一、電壓傳輸系數(shù)T

二、插入衰減A

三、插入相移四、輸入駐波比4-8多端口微波網(wǎng)絡一、多端口網(wǎng)絡的網(wǎng)絡參量二、無耗互易三端口的基本特性三、無耗互易四端口的基本特性《微波技術》4-1引言

任何一個微波系統(tǒng)都是由各種微波元件和微波傳輸線組成的。任何一個復雜的微波系統(tǒng)都可以用電磁場理論和低頻網(wǎng)絡理論相結合的方法來分析，這種理論稱為微波網(wǎng)絡理論。(4)微波網(wǎng)絡的等效電路及其參量只適用于一個頻段。微波網(wǎng)絡具有如下特點：(1)對于不同的模式有不同的等效網(wǎng)絡結構及參量。通常希望傳輸線工作于主模狀態(tài)。(2)電路中不均勻區(qū)附近將會激起高次模，此時高次模對工作模式的影響僅增加一個電抗值，可計入網(wǎng)絡參量之內(nèi)。(3)整個網(wǎng)絡參考面要嚴格規(guī)定，一旦參考面移動，則網(wǎng)絡參量就會改變。《微波技術》4-2波導等效為平行雙線

為了定義任意截面沿z方向單模傳輸?shù)木鶆虿▽⒖济嫔系哪Ｊ诫妷汉湍Ｊ诫娏?，一般作如下?guī)定：(1)令模式電壓U(z)正比于橫向電場ET

；模式電流I(z)正比于橫向磁場HT

。(2)模式電壓與模式電流共軛的乘積等于波導傳輸?shù)膹凸β省?3)模式電壓與模式電流之比等于模式特性阻抗。《微波技術》4-2波導等效為平行雙線歸一化阻抗故歸一化電壓和電流的定義為復功率《微波技術》4-2波導等效為平行雙線

等效雙線上的電壓和電流可寫成入射波和反射波之和，即電壓、電流進行歸一化即《微波技術》4-2波導等效為平行雙線歸一化入射波電壓模的平方正比于入射波功率，即歸一化反射波電壓模的平方正比于反射波功率，即雙線上傳輸?shù)挠泄β蔖L等于《微波技術》4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡參考面的位置可以任意選，但必須考慮以下兩點：

（1）單模傳輸時，參考面的位置應盡量遠離不連續(xù)性區(qū)域，這樣參考面上的高次模場強可以忽略，只考慮主模的場強。

（2）選擇參考面必須與傳輸方向相垂直，這樣使參考面上的電壓和電流有明確的意義。如果參考面位置改變，則網(wǎng)絡參數(shù)也隨之改變。一、網(wǎng)絡參考面的選擇注意《微波技術》4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡

對于單模傳輸情況來說，微波網(wǎng)絡的外接傳輸線的路數(shù)與參考面的數(shù)目相等。如圖所示。

微波元件及其等效網(wǎng)絡《微波技術》4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡

微波元件對電磁波的控制作用是通過微波元件內(nèi)部的不均勻區(qū)(不連續(xù)性邊界)和填充媒質(zhì)的特性來實現(xiàn)的。將不均勻區(qū)等效為微波網(wǎng)絡，需要用到電磁場的唯一性原理和線性疊加定理。由線性疊加定理，對于n端口線性網(wǎng)絡，

滿足式中Zmn為阻抗參量，若m=n稱它為自阻抗，若m

n稱它為轉(zhuǎn)移阻抗。二、不均勻區(qū)等效為微波網(wǎng)絡《微波技術》4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡如果n端口網(wǎng)絡的各個參考面上同時有電壓作用時式中Ymn為導納參量，若m=n稱它為自導納，若m

n稱它為轉(zhuǎn)移導納?！段⒉夹g》4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡三、

微波網(wǎng)絡的特性按網(wǎng)絡的特性進行分類

1.線性與非線性網(wǎng)絡2.可逆與不可逆網(wǎng)絡3.無耗與有耗網(wǎng)絡4.對稱與非對稱網(wǎng)絡按微波元件的功能來分

1.阻抗匹配網(wǎng)絡2.功率分配網(wǎng)絡3.濾波網(wǎng)絡4.波型變換網(wǎng)絡(一)微波網(wǎng)絡的分類

《微波技術》4-3微波元件等效為微波網(wǎng)絡(二)微波網(wǎng)絡的性質(zhì)對于對稱網(wǎng)絡，則有(1)(2)(3)對于無耗網(wǎng)絡，網(wǎng)絡的全部阻抗參量和導納參量均為純虛數(shù)，即有對于可逆網(wǎng)絡，則有下列互易特性《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡一、二端口微波網(wǎng)絡的網(wǎng)絡參量

在各種微波網(wǎng)絡中，二端口微波網(wǎng)絡是最基本的。例如：衰減器、移相器、阻抗變換器和濾波器等均屬于二端口微波網(wǎng)絡。

表征二端口微波網(wǎng)絡特性的參量可以分為兩大類：

1.反映網(wǎng)絡參考面上電壓與電流之間關系的參量。2.反映網(wǎng)絡參考面上入射波電壓與反射波電壓之間關系的參量，如圖所示?！段⒉夹g》4-4二端口微波網(wǎng)絡(一)阻抗參量、導納參量和轉(zhuǎn)移參量1.

阻抗參量用T1和T2兩個參考面上的電流表示兩個參考面上的電壓，其網(wǎng)絡方程為各阻抗參量元素定義如下表示T2面開路時，端口(1)的輸入阻抗；表示T1面開路時，端口(2)的輸入阻抗；表示T1面開路時，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移阻抗；表示T2面開路時，端口(1)至端口(2)的轉(zhuǎn)移阻抗。

《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡特性阻抗歸一化

T1和T2參考面上的歸一化電壓和歸一化電流分別為歸一化歸一化阻抗參量為《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡2.導納參量用T1和T2兩個參考面上的電壓表示兩個參考面上的電流，其網(wǎng)絡方程為各導納參量元素定義如下

表示T2面短路時，端口(1)的輸入導納；表示T1面短路時，端口(2)的輸入導納表示T1面短路時，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移導納；

表示T2面短路時，端口(1)至端口(2)的轉(zhuǎn)移導納?！段⒉夹g》4-4二端口微波網(wǎng)絡

如果T1和T2參考面所接傳輸線的特性導納分別為Y01和Y02，則歸一化表示式為《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡3.轉(zhuǎn)移參量

用T2面上的電壓、電流來表示T1面上的電壓和電流的網(wǎng)絡方程，且規(guī)定電流流進網(wǎng)絡為正方向，流出網(wǎng)絡為負方向。則有轉(zhuǎn)移參量的定義為

表示T2面開路時，端口(2)至端口(1)的電壓轉(zhuǎn)移系數(shù)；表示T2面短路時，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移阻抗；表示T2面開路時，端口(2)至端口(1)的轉(zhuǎn)移導納；表示T2面短路時，端口(2)至端口(1)的電流轉(zhuǎn)移系數(shù)?！段⒉夹g》4-4二端口微波網(wǎng)絡歸一化方程

《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡(二)散射參量和傳輸參量

不管電路如何變化，信號源輸出功率可以設法保持不變，而且很容易得到匹配的終端負載。1.散射參量

二端口網(wǎng)絡參考面T1和T2面上的歸一化入射波電壓和歸一化反射波電壓應用疊加原理，可以用兩個參考面上的入射波電壓來表示兩個參考面上的反射波電壓，其網(wǎng)絡方程為《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡散射參量的定義為

表示T2面接匹配負載時，T1面上的電壓反射系數(shù)；

表示T1面接匹配負載時，T2面至T1面的電壓傳輸系數(shù)；表示T2面接匹配負載時，T1面至T2面的電壓傳輸系數(shù)；表示T1面接匹配負載時，T2面上的電壓反射系數(shù)。《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡2.傳輸參量

用T2面上的電壓入射波和反射波來表示T1面上的電壓入射波和反射波，其網(wǎng)絡方程為矩陣形式為

表示T2面接匹配負載時，T1面至T2面的電壓傳輸系數(shù)的倒數(shù)，其余參量沒有直觀的物理意義。

《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡二、二端口微波網(wǎng)絡參量的性質(zhì)一般情況下，二端口網(wǎng)絡的五種網(wǎng)絡參量均有四個獨立參量，但當網(wǎng)絡具有某種特性(如對稱性或可逆性等)時，網(wǎng)絡的獨立參量個數(shù)將會減少。(一)可逆網(wǎng)絡如前所述，可逆網(wǎng)絡具有互易特性

其他幾種網(wǎng)絡參量的互易特性為

《微波技術》4-4二端口微波網(wǎng)絡(二)對稱網(wǎng)絡一個對稱網(wǎng)絡具有下列特性其他幾種網(wǎng)絡參量的對稱性為

由此可見，一個對稱二端口網(wǎng)絡的兩個參考面上的輸入阻抗、輸入導納以及電壓反射系數(shù)等參量一一對應相等?！段⒉夹g》4-4二端口微波網(wǎng)絡(三)無耗網(wǎng)絡

利用復功率定理和矩陣運算可以證明，一個無耗網(wǎng)絡的散射矩陣一定滿足“么正性”，即或?qū)懗?/p>

代入得《微波技術》4-5基本電路單元的參量矩陣

通常，一個較復雜的微波網(wǎng)絡是由幾個簡單網(wǎng)絡組成的。最常見的電路單元有串聯(lián)阻抗、并聯(lián)導納、均勻傳輸線和理想變壓器，如圖所示。

常用基本電路單元《微波技術》4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響一、二端口微波網(wǎng)絡的組合

通常，一個復雜的微波系統(tǒng)是由若干個簡單電路(或元件)按一定方式連接而成的。

1.

級聯(lián)方式

如圖所示，有兩個二端口網(wǎng)絡N1和N2，現(xiàn)按級聯(lián)方式將其組合起來。設兩個網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)移矩陣分別為[A]1和[A]2，組合后所構成的新二端口網(wǎng)絡N的轉(zhuǎn)移矩陣為[A]。二端口網(wǎng)絡的級聯(lián)

《微波技術》4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響

對于網(wǎng)絡N1，有

對于網(wǎng)絡N2，有對于網(wǎng)絡N，則有《微波技術》4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響

于是可得若有n個二端口網(wǎng)絡相級聯(lián)，則級聯(lián)后新二端口網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)移矩陣為級聯(lián)后新二端口網(wǎng)絡的傳輸矩陣為《微波技術》2.串聯(lián)方式

如圖所示。

二端口網(wǎng)絡的串聯(lián)新二端口網(wǎng)絡的阻抗矩陣為n個二端口網(wǎng)絡相串聯(lián)，則串聯(lián)后新二端口網(wǎng)絡的阻抗矩陣為

《微波技術》4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響3.并聯(lián)方式

如圖所示。

組合后新二端口網(wǎng)絡的導納矩陣為若有n個二端口網(wǎng)絡相并聯(lián)，則并聯(lián)后新二端口網(wǎng)絡的導納矩陣為《微波技術》二端口網(wǎng)絡的并聯(lián)4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響二、參考面移動對二端口網(wǎng)絡參量的影響

對于二端口網(wǎng)絡來說，易用轉(zhuǎn)移矩陣和散射矩陣分析其參考面移動后對網(wǎng)絡參量的影響。

1.參考面移動對轉(zhuǎn)移矩陣的影響

參考面移動后的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)移矩陣為移動后的[A]0

與移動前的[A]的關系為二端口網(wǎng)絡的參考面移動

《微波技術》4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響二、參考面移動對散射矩陣的影響

上式可以簡寫成如果新的參考面是由原參考面向里(網(wǎng)絡方向)移動得到的《微波技術》4-6二端口微波網(wǎng)絡的組合及參考面移動的影響4-7二端口微波網(wǎng)絡的工作特性參量

對于二端口網(wǎng)絡來說，常用的工作特性參量有電壓傳輸系數(shù)T、插入衰減A、插入相移

以及輸入駐波比

。T即為網(wǎng)絡散射參量S21，即一

、電壓傳輸系數(shù)T電壓傳輸系數(shù)T定義為：網(wǎng)絡輸出端接匹配負載時，輸出端參考面上的反射波電壓與輸入端參考面上的入射波電壓之比，即可逆二端口網(wǎng)絡

《微波技術》4-7二端口微波網(wǎng)絡的工作特性參量二、插入衰減A

插入衰減A定義為：網(wǎng)絡輸出端接匹配負載時，網(wǎng)絡輸入端的入射波功率Pi與負載吸收功率PL之比，即由此可見，插入衰減等于電壓傳輸系數(shù)平方的倒數(shù)。對于可逆二端口網(wǎng)絡，則有《微波技術》4-7二端口微波網(wǎng)絡的工作特性參量三、插入相移

插入相移

定義為：網(wǎng)絡輸出端接匹配負載時，輸出端的反射波對輸入端的入射波的相移。因此根據(jù)定義，有對于可逆網(wǎng)絡《微波技術》4-7二端口微波網(wǎng)絡的工作特性參量四、

輸入駐波比

輸入駐波比

定義為：網(wǎng)絡輸出端接匹配負載時，輸入端的駐波比。當輸出端接匹配負載時，輸入端反射系數(shù)即為S11，所以有或?qū)τ诳赡鏌o耗網(wǎng)絡，僅有反射衰減，因此插入衰減與輸入駐波比有下列關系《微波技術》4-8多端口微波網(wǎng)絡

描述多端口微波網(wǎng)絡的參量矩陣只有阻抗矩陣、導納矩陣和散射矩陣三種。n端口網(wǎng)絡各端口參考面上電壓和電流關系的矩陣方程為或簡寫成

《微波技術》4-8多端口微波網(wǎng)絡散射參量矩陣方程為

或簡寫成

若n端口微波網(wǎng)絡可逆，則網(wǎng)絡參量矩陣具有下述性質(zhì)若n端口微波網(wǎng)絡的端口j與端口k在結構上對稱，則網(wǎng)絡參量具有下述性質(zhì)《微波技術》第五章常用微波元件5-1引言5-2波導中的電抗元件一、電容膜片二、電感膜片三、諧振窗四、螺釘5-3連接元件和終端負載一、連接元件二、終端負載《微波技術》第五章常用微波元件5-4衰減器和移相器一、衰減器二、移相器5-5阻抗變換器一、單節(jié)

/4阻抗變換器二、多節(jié)階梯阻抗變換器三、漸變線阻抗變換器5-6定向耦合器一、定向耦合器的技術指標《微波技術》第五章常用微波元件

二、波導型定向耦合器三、平行耦合線定向耦合器四、分支定向耦合器5-7

微帶功分器5-8波導匹配雙T

一、波導的T形接頭二、普通雙T和匹配雙T5-9微波濾波器一、利用四分之一波長傳輸線并聯(lián)電抗元件的濾波器二、利用高、低阻抗線構成的濾波器《微波技術》第五章常用微波元件5-10微波諧振器一、諧振器的電磁能量關系及品質(zhì)因數(shù)Q

二、同軸諧振腔三、矩形諧振腔四、圓柱諧振腔五、微帶諧振器六、諧振腔的等效電路《微波技術》5-1引言

微波元件的功能在于對微波信號進行各種變換，按其變換性質(zhì)可將微波元件分為如下三類。一、線性互易元件

凡是元件中沒有非線性和非互易性物質(zhì)都屬于這一類。常用的線性互易元件包括：匹配負載、衰減器、移相器、短路活塞、功分器、微波電橋、定向耦合器、阻抗變換器和濾波器等。二、線性非互易元件

這類元件中包含磁化鐵氧體等各向異性媒質(zhì)，具有非互易特性，其散射矩陣是不對稱的。但仍工作于線性區(qū)域，屬于線性元件范圍。常用的線性非互易元件有隔離器、環(huán)行器等?！段⒉夹g》5-1引言三、非線性元件

這類元件中含有非線性物質(zhì)，能對微波信號進行非線性變換，從而引起頻率的改變，并能通過電磁控制以改變元件的特性參量。常用的非線性元件有檢波器、混頻器、變頻器以及電磁快控元件等。